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专利号: 2019111037731
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取桥梁底面的多个原始裂纹图像,并对所有原始裂纹图像进行预处理,得到多个处理裂纹图像;

步骤2:从所有处理裂纹图像中获取多个待拼接裂纹图像,基于SURF图像处理方法,将所有待拼接裂纹图像进行拼接,得到待检测裂纹图像;

步骤3:获取预设的神经网络裂纹检测模型,并利用所述神经网络裂纹检测模型对所述待检测裂纹图像进行检测,得到目标裂纹图像;

步骤4:对所述目标裂纹图像进行分析,得到裂纹检测数据。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,所述步骤1具体包括:步骤1.1:利用无人机遥感在多个拍摄角度和/或多个拍摄距离拍摄所述桥梁底面的裂纹,得到多个原始裂纹图像;

步骤1.2:按照预设标准尺寸,将每个原始裂纹图像的图像尺寸分别进行标准化处理,得到每个原始裂纹图像一一对应的中间裂纹图像;

步骤1.3:按照预设筛选标准,对所有中间裂纹图像进行筛选,得到多个处理裂纹图像。

3.根据权利要求2所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:步骤2.0:从所有处理裂纹图像中获取多个待拼接裂纹图像;

步骤2.1:从所有待拼接裂纹图像中选取任一个待拼接裂纹图像,基于SURF图像处理方法,对选取的一个待拼接裂纹图像构建黑塞矩阵,并根据所述黑塞矩阵得到选取的一个待拼接裂纹图像中的兴趣点集合;

步骤2.2:对选取的一个待拼接裂纹图像构建尺度空间,并利用所述尺度空间对所述兴趣点集合进行定位,得到选取的一个待拼接裂纹图像的关键点集合;

步骤2.3:对选取的一个待拼接裂纹图像的所述关键点集合进行过滤,得到选取的一个待拼接裂纹图像的特征点集合;

步骤2.4:计算所述特征点集合中每个特征点在圆形邻域内一一对应的Harr小波特征,根据每个Harr小波特征确定选取的一个待拼接裂纹图像中每个特征点一一对应的特征点主方向;

步骤2.5:根据选取的一个待拼接裂纹图像的特征点集合和所有特征点的特征点主方向,生成选取的一个待拼接裂纹图像的特征描述子;

步骤2.6:遍历所有待拼接裂纹图像中的每个待拼接裂纹图像,按照所述步骤2.1至所述步骤2.5的方法,得到每个待拼接裂纹图像一一对应的特征描述子;

步骤2.7:从所有待拼接裂纹图像中选取任意两个待拼接裂纹图像,根据选取的两个待拼接裂纹图像的特征描述子,获取选取的两个待拼接裂纹图像之间的匹配点集;并利用FindHomography函数,根据选取的两个待拼接裂纹图像之间的匹配点集,计算得到选取的两个待拼接裂纹图像之间的变换矩阵;

步骤2.8:根据选取的两个待拼接裂纹图像之间的变换矩阵,对选取的两个待拼接图像进行拼接,得到选取的两个待拼接裂纹图像所对应的已拼接裂纹图像;

步骤2.9:遍历所有待拼接裂纹图像中每两个待拼接裂纹图像,按照所述步骤2.7至所述步骤2.8的方法,得到每两个待拼接裂纹图像所对应的已拼接裂纹图像,并根据所有已拼接裂纹图像得到所述待检测裂纹图像。

4.根据权利要求3所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,在所述步骤

3中,获取预设的所述神经网络裂纹检测模型的具体步骤包括:

步骤3.1:获取数据集,按照预设划分比例将所述数据集划分训练集、测试集和验证集;

步骤3.2:构建特征金字塔网络训练模型,利用所述训练集对所述特征金字塔网络训练模型进行训练,并利用所述验证集对所述特征金字塔网络训练模型进行参数调优,得到所述神经网络裂纹检测模型。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,在所述步骤

3.2之后还包括以下步骤:

步骤3.3:按照预设的评估指标,利用所述测试集对所述神经网络裂纹检测模型进行评估,若评估通过,则利用所述神经网络裂纹检测模型对所述待检测裂纹图像进行检测,若评估不通过,则返回所述步骤3.2;

其中,所述评估指标包括所述神经网络裂纹检测模型的交叉熵损失,以及所述测试集的平均交联、第一准确率指标和第二准确率指标;

计算所述交叉熵损失的具体公式为:

Loss(W,w,h)=argmin[λside(W,w)+λfuse(W,w,h)];

其中,Loss(W,w,h)为所述神经网络裂纹检测模型的所述交叉熵损失的函数,W为所述神经网络裂纹检测模型的网络参数,w为所述神经网络裂纹检测模型中的边网权重,h为所述神经网络裂纹检测模型中的融合权重,λfuse(W,w,h)为融合层的损失函数,λside(W,w)为边网的损失函数,arg(·)为自变量函数;

计算所述测试集中第i个测试图像的交联的具体公式为:

则计算所述测试集的所述平均交联的具体公式为:

其中,AIUi为所述测试集中第i个测试图像的交联,AIU为所述测试集的平均交联,m为所述测试集中的测试图像的总数,t为像素阈值,tj为像素阈值所划分的第j个像素阈值,Nt为像素阈值所划分的阈值个数,对于第j个像素阈值tj, 和 分别为在该像素阈值tj下,所述测试集中第i个测试图像的预测结果中所包含的像素数和真实结果中所包含的像素数, 为在该像素阈值tj下,所述测试集中第i个测试图像的预测结果与真实结果之间重叠的像素数;

计算所述测试集在像素阈值tj下的最优准确率的具体公式为:

其中, 为所述测试集中所有测试图像在像素阈值tj下的最优准确率,和 分别为所述测试集中第i个测试图像在像素阈值tj下的准确率、查准率和查全率;

则计算所述测试集的所述第一准确率指标的具体公式为:

其中,ODS为所述测试集在所有像素阈值下的所述第一准确率指标;

则计算所述测试集的所述第二准确率指标的具体公式为:

其中,tp为根据所述第一准确率指标ODS得到的最优像素阈值,OIS为所述测试集在所述最优像素阈值下的第二准确率指标, 和 为所述测试集中所有图像在所述最优像素阈值tp下的最优准确率均值、查准率均值和查全率均值。

6.根据权利要求5所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,在所述步骤

3中,得到所述目标裂纹图像的具体步骤包括:

步骤3.4:根据所述最优像素阈值将所述待检测裂纹图像中的每个像素进行二分类,得到每个像素一一对应的像素分类结果;

其中,所述像素分类结果包括一类像素和二类像素,在所述待检测裂纹图像中,符合所述最优像素阈值的像素对应的所述像素分类结果为一类像素,不符合所述最优像素阈值的像素的所述像素分类结果为二类像素;

步骤3.5:将所述待检测裂纹图像中所有一类像素的像素值赋值为255,将所述待检测裂纹图像中所有二类像素的像素值赋值为0,根据所述待检测裂纹图像中所有像素的像素值赋值结果得到所述目标裂纹图像。

7.根据权利要求6所述的基于图像处理的梁底裂纹检测方法,其特征在于,所述裂纹检测数据包括实际梁底裂纹对应的实际裂纹长度和实际裂纹宽度;

所述步骤4具体包括:

步骤4.1:获取所述目标裂纹图像中像素值赋值为0的所有二类像素的第一像素总数,将所述第一像素总数确定为所述目标裂纹图像中目标裂纹对应的裂纹图像面积;

步骤4.2:对所述目标裂纹图像进行细化处理,得到细化目标裂纹图像;

步骤4.3:获取所述细化目标裂纹图像中像素值赋值为0的所有二类像素的第二像素总数,将所述第二像素总数确定为所述目标裂纹图像中所述目标裂纹对应的裂纹图像长度;

步骤4.4:根据所述裂纹图像面积和所述裂纹图像长度,计算得到所述目标裂纹图像中所述目标裂纹对应的裂纹图像宽度;

计算所述裂纹图像宽度的具体公式为:

其中,CW为所述裂纹图像宽度,A为所述裂纹图像面积,CL为所述裂纹图像长度;

步骤4.5:获取参照物图像和实际参照物之间的尺寸比例,根据所述尺寸比例和所述裂纹图像长度,计算得到所述实际梁底裂纹对应的所述实际裂纹长度,根据所述尺寸比例和所述裂纹图像宽度,计算得到所述实际梁底裂纹对应的所述实际裂纹宽度。

8.一种基于图像处理的梁底裂纹检测系统,其特征在于,包括图像获取模块、图像预处理模块、图像拼接模块、图像检测模块和图像分析模块;

所述图像获取模块,用于获取桥梁底面的多个原始裂纹图像;

所述图像预处理模块,用于对所有原始裂纹图像进行预处理,得到多个处理裂纹图像;

所述图像拼接模块,用于从所有处理裂纹图像中获取多个待拼接裂纹图像,基于SURF图像处理方法,将所有待拼接裂纹图像进行拼接,得到待检测裂纹图像;

所述图像检测模块,用于获取预设的神经网络裂纹检测模型,并利用所述神经网络裂纹检测模型对所述待检测裂纹图像进行检测,得到目标裂纹图像;

所述图像分析模块,用于对所述目标裂纹图像进行分析,得到裂纹检测数据。

9.一种基于图像处理的梁底裂纹检测装置,其特征在于,包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序,所述计算机程序运行时实现如权利要求1至7任一项权利要求所述的方法步骤。

10.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机存储介质包括:至少一个指令,在所述指令被执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法步骤。